de Novos Materiais à base de Goma do Cajueiro (Anacardium Occidentale): Derivados e Microesferas com Gelatina dis Er Neto

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

CENTRO DE CIÊNCIAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÂNICA E INORGÂNICA

PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM QUÍMICA INORGÂNICA

Desenvolvimento de Novos Materiais à base de Goma do

Cajueiro (

): Derivados e Microesferas

com Gelatina

Érico de Moura Neto

Orientadora: Dra Jeanny da Silva Maciel

Co Orientadora: Dra Regina Célia Monteiro de Paula

UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

CENTRO DE CIÊNCIAS

DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGÂNICA E INORGÂNICA

PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM QUÍMICA INORGÂNICA

Desenvolvimento de Novos Materiais à base de Goma do

Cajueiro (

): Derivados e Microesferas

com Gelatina

Érico de Moura Neto

Dissertação submetida à coordenação

do programa de Pós graduação em

Química Inorgânica, como requisito

parcial para obtenção do grau de

Mestre.

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Os filósofos limitaram se a

interpretar o mundo de diversas

maneiras; o que importa é

modificá lo.

AGRADECIMENTOS

Aos meus queridos pais, Érico e Maria Rosália e minhas queridas irmãs, Rubiane,

Rejaine, Izabella e Izadora, por todo esforço, carinho, dedicação amor, incentivo,

que mesmo à distância sempre estiveram tão presentes.

A toda a minha família, avós, tias, tios, primos e primas que mesmo distante sempre

demonstraram seu carinho e confiança na minha escolha.

As minhas amigas Dalgiza e Tia Terezinha por nunca deixarem de incentivar o

sonho da pós graduação.

Ao Campos por me trazer a Fortaleza e propiciar momentos eternos.

A minha orientadora Jeanny da Silva Maciel por todos os momentos de orientação e

dedicação que proporcionaram a realização deste trabalho.

A professora Regina de Paula pelo empurrão e discussões responsáveis pelo

término do trabalho.

A professora Judith Feitosa por todas as contribuições tão fundamentais para a

construção deste trabalho.

Aos colegas do Laboratório de Polímeros, em especial à diretoria (Ana Paula,

Guilherme, Janaina e Paulo), por todas as ocasiões inesquecíveis e principalmente

pelos momentos de distração.

A Alexsandra e ao Frank pela ajuda na oxidação da goma do cajueiro e a Marília

pelos MEV’s tão cuidadosamente obtidos.

Ao professor Luiz Gonzaga de França Lopes, coordenador do programa de pós

graduação em Química Inorgânica da UFC pela competência e prestatividade com a

A funcionária Tereza pelas análises termogravimétricas e ao secretário da

coordenação da pós graduação em Química Inorgânica, Orlando, por ambos sempre

estarem disposto a ajudar.

Ao CENAURENM pelos espectros de ressonância magnética nuclear.

À CAPES pela bolsa concedida, à FUNCAP e ao CNPQ pelo auxílio financeiro ao

projeto “Desenvolvimento de microesferas de géis tipo semi IPN e HPN de

RESUMO

Gelatina é uma proteína obtida por desnaturação do colágeno que tem gerado grande interesse na preparação de materiais para uso biomédico devido às propriedades como, biocompatibilidade e bioadesividade. No entanto, devido a solubilidade de microesferas de gelatina em meio aquoso, a interação com outros polímeros e reticulação tem sido proposta para melhorar suas propriedades físico químicas. A goma do cajueiro foi modificada por reação de sulfatação (GCS) e oxidação (GCX), e os derivados foram utilizados no desenvolvimento de microesferas por interação com gelatina. Os derivados da goma foram caracterizados por espectroscopia na região do infravermelho, ressonância magnética nuclear, análise elementar, cromatografia de permeação em gel, viscosidade intrínseca e análise termogravimétrica. As reações foram eficientes na modificação, resultando grau de substituição de 0,02 a 0,88 para a goma sulfatada, e relação de 10:3 e 10:4 de unidades glicosídicas/unidades oxidadas. Análises de

RMN 13C DEPT indicam sulfatação em C 6 da galactose. Os espectros de RMN 1H

das GCX´s mostraram sinal de aldeído em 8,3 ppm. As microesferas foram

preparadas pelo método de emulsão óleo/água e caracterizadas por MEV, RMN 1H e

ABSTRACT

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Dados experimentais da reação de oxidação da goma do cajueiro. ... 25

Tabela 2. Dados experimentais da reação de sulfatação da goma do cajueiro. ... 27

Tabela 3. Dados experimentais da preparação das esferas de GE e GEGC ... 28

Tabela 4. Dados experimentais da preparação das esferas de GEGCX. ... 29

Tabela 5. Dados experimentais da preparação das esferas de GEGCS. ... 29

Tabela 6. Atribuições das absorções no espectro na região do infravermelho. ... 33

Tabela 7. Efeito da quantidade de matéria de periodato na porcentagem de oxidação da goma do cajueiro. ... 34

Tabela 8. Parâmetros obtidos do TGA para a GC e derivados oxidados em atmosfera de ar sintético. ... 38

Tabela 9. Comparação entre as condições da sulfatação e as características dos derivados de polissacarídeos obtidos...40

Tabela 10. Efeito da concentração do ácido monoclorosulfônico na reação de sulfatação da goma do cajueiro. ... 41

Tabela 11. Parâmetros obtidos do TGA para a GC e derivados sulfatados em atmosfera de ar sintético. ... 49

Tabela 12. Parâmetros obtidos do TGA em atmosfera de ar sintético para as esferas. ... 52

Tabela 13. Dados experimentais da reticulação para as esferas de GE e GEGC em 24 horas. ... 54

Tabela 14. Dados experimentais da reticulação para as esferas de GE e GEGC em 72 horas. ... 54

Tabela 15. Parâmetros obtidos do TGA em atmosfera de ar sintético para as esferas reticuladas por 24 e 72 horas. ... 56

Tabela 16. Dados experimentais da cinética de intumescimento das esferas reticuladas. ... 58

Tabela 17. Parâmetros obtidos do TGA em atmosfera de ar sintético para as esferas GEGCX's. ... 61

Tabela 19. Parâmetros obtidos do TGA em atmosfera de ar sintético para as esferas. ... 64 Tabela 20. Dados experimentais da cinética de intumescimento em água para as

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Estrutura dos principais aminoácidos da gelatina e típica estrutura da gelatina Ala Gly Pro Arg Gly Glu Hyp Gly Pro . ... 5

Figura 2. Estrutura do colágeno: a) Estrutura secundária do colágeno orientada à esquerda. b) modelo espaço cheio da hélice mostrada em (a). c) Estrutura terciária do colágeno formada pelo enrolamento de três hélices em uma torção orientada à direita. d) A super hélice (estrutura quaternária) de três elementos do colágeno mostrada a partir de uma de suas extremidades, em uma representação bola bastão Os resíduos de Gly estão mostrados em vermelho. A Gly, devido ao seu pequeno tamanho, é necessária nas junções apertadas onde as três cadeias estão em contato [Lehninger, Nelson, Cox (2000)].. ... 6

Figura 3. Estrutura de uma torção β ou curvatura β. a) Note a ligação de hidrogênio entre os grupos peptídicos do primeiro e do quarto resíduos envolvidos na volta. b) Os isômeros cis e trans de uma ligação peptídica envolvendo o nitrogênio imino da prolina [Lehninger, Nelson, Cox (2000)]. ... 7

Figura 4. (A) Unidades monossacarídicas da composição da goma do cajueiro do nordeste. (B) Representação da estrutura do polissacarídeo extraído do exudato do cajueiro. (R = ramnose, arabinose ou ácido glucurônico) [Cunha e col. (2007)]. ... 10

Figura 5. Sulfatação de polissacarídeo com ácido metaclorosulfônico em piridina [Mahner, Lechmer, e Nordmeier (2001)] ... 12

Figura 6. Seletividade da reação de periodato de sódio com unidades de açúcar substituídos em diferentes posições [Aspinall (1982)] ... 14

Figura 7. Esquema da reação seletiva de oxidação de uma unidade de glucose da

cadeia lateral de um polissacarídeo [Maeda e col. (2001)] ... 15

Figura 8. Estrutura química: A do geniposídeo, onde Glu é glucose e B da genipina [Butler, Ng e Pudney (2003)] ... 17

Figura 9. Mecanismo da reação de reticulação entre grupo amina e genipina: a) esquema reacional 1 e b) esquema reacional 2 [Butler, Ng e Pudney (2003)]. .... 18

Figura 10. Formação da rede tridimensional do hidrogel com o processo de

intumescimento [Rudzinski e col. (2002)]. ... 19

Figura 11. Esquema ilustrativo de estruturas de géis reticulados tipo (A) Polímero reticulado com um agente reticulante de baixa massa molar; (B) Hidrogel do tipo HPN; (C) Hidrogel do tipo IPN e (D) Hidrogel do tipo PEC [Bae e Kim (1993)]. ... 20

Figura 12. Esquema ilustrativo da reação de um polissacarídeo aldeído

Figura 13. Eletroforese em gel de poliacrilamaida. Linha 1 padrões e linha 2

amostra. ... 32

Figura 14. Espectro na região do infravermelho da gelatina. ... 33

Figura 15. Espectro de RMN 1H a 70°C em D2O. ... 35

Figura 16. Espectro de RMN 13C a 70°C em D2O. ... 36

Figura 17. Formação de um hemiacetal intra residual [Bruneel e Schacht (1993)]. 36 Figura 18. Cromatograma de GPC para soluções aquosas 0,1% m/v da Goma do Cajueiro (GC) e dos derivados oxidados (GCX). ... 37

Figura 19. Curva de TGA e DTG para a GC e derivados oxidados em atmosfera de ar sintético ... 38

Figura 20. Espectro na região do infravermelho para GC e derivados sulfatados. .. 43

Figura 21. Espectro de RMN 13C a 70°C em D2O. ... 44

Figura 22. Espectro de RMN 13C DEPT 135 a 70 °C em D2O. ... 45

Figura 23. Cromatograma de GPC para soluções aquosas 0,1% m/v da Goma do Cajueiro (GC) e dos derivados sulfatados (GCS). ... 46

Figura 24. Gráfico de viscosidade em função da taxa de cisalhamento para soluções aquosas 2,0% m/v de GC e derivados sulfatados. ... 47

Figura 25. Curvas de TGA e DTG para a GC e derivados sulfatados em atmosfera de ar sintético. ... 48

Figura 26. Espectro na região do infravermelho para esferas de GEGC's. ... 50

Figura 27. Espectro de RMN 1H a 70°C em D2O. ... 51

Figura 28. Curva de TGA e DTG para as esferas GEGC's em atmosfera de ar sintético... 52

Figura 29. Microscopia eletrônica de varredura das microesferas: a, b GE; c, d GEGC1:1. ... 53

Figura 30. Espectro na região do infravermelho para as esferas GEGC10:1 antes e após a reticulação de 24 e 72 horas com genipina. ... 55

Figura 32. Cinética de intumescimento em água para as esferas GEGC's reticuladas com genipina: a) por 24 horas e b) por 72 horas. ... 57

Figura 33. Espectro na região do infravermelho para as amostra de gelatina, goma

do cajueiro oxidada (GCX) e da esfera gelatina/goma do cajueiro oxidada. ... 59

Figura 34. Espectro de RMN 1H a 70°C em D2O. ... 60

Figura 35. Curva de TGA e DTG para as esferas GEGCX's em atmosfera de ar sintético... 60

Figura 36. Microscopia eletrônica de varredura das microesferas GEGCX1: a,b; GE:

c; GEGC1:1: d. ... 61

Figura 37. Curvas da cinética de intumescimento em água para as esferas

GEGCX’s. ... 62

Figura 38. Espectro na região do infravermelho para a esfera GEGCS. ... 63

Figura 39. Curva de TGA e DTG para as esferas GEGCS em atmosfera de ar

sintético... 64

Figura 40. Curvas da cinética de intumescimento em água para as esferas GEGCS.

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABS: absorbância

AE: análise elementar

Ala: alanina

Arg: arginina

BSA: albumina do soro bovino

CPE: complexo polieletrolítico

Da: Dalton

DEPT:

DMF: dimetilformamida

DTG: 1ª derivada da curva de termogravimetria

EMBRAPA: Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária

gal: galactose

GC: goma do cajueiro

GCS: goma do cajueiro sulfatada

GCX: goma do cajueiro oxidada

GE: esferas de gelatina

GEGC: esferas de gelatina e goma do cajueiro

GEGCS: esfera de gelatina e goma do cajueiro sulfatada

GEGCX: esfera de gelatina e goma do cajueiro oxidada

glu: ácido glucurônico

Glu: glutamato

GLU: glucose

Gly: glicina

GPC: cromatografia de permeação em gel ( )

GS: grau de sulfatação

ha: hectare

HPN: redes poliméricas híbridas ( )

Hyp: hidroxiprolina

IPN: redes poliméricas interpenetradas ( )

IV: infravermelho

;D

MEV: microscopia eletrônica de varredura

mu: massa da esfera intumescida

Mw; massa molar ponderal média

ppm: partes por milhão

Pro: prolina

R’GE: esfera de gelatina reticulada com genipina por 72 horas

R’GEGC: esfera de gelatina e goma do cajueiro reticulada com genipina por

72 horas

RGE: esfera de gelatina reticulada com genipina por 24 horas

RGEGC: esfera de gelatina e goma do cajueiro reticulada com genipina por 24

horas

RMN: ressonância magnética nuclear

SDS: dodecilsulfato de sódio

TEMPO: N oxil 2,2,6,6 tetrametilpipiridina

TG: termogravimetria

UFC: Universidade Federal do Ceará

UV0VIS: ultravioleta visível

Ve: volume de eluição

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SUMÁRIO

10 INTRODUÇÃO ... 3

... 4

... 8

... 11

1.3.1 Reação de Sulfatação ... 11

1.3.2 Reação de Oxidação ... 12

1.3.3 Reação de Reticulação ... 16

! ... 19

20 OBJETIVOS ... 23

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3. METODOLOGIA ... 24

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4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 32

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50 CONSIDERAÇÕES FINAIS ... 66

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10 INTRODUÇÃO

A Ciência de Polímeros tem dado grande importância na preparação e

aplicação de novos materiais. Sistemas poliméricos obtidos pela mistura e/ou

associação de polímeros distintos na forma de redes interpenetradas, blendas

poliméricas ou copolímeros em bloco ou grafitados recebem atenção dos

pesquisadores nos últimos anos, sobretudo devido à vasta possibilidade de

aplicação que inclui os setores farmacêutico, médico, tecnológico e agrocopecuário

[Bucholz e Peppas (1994), Bae e Kim (1993), Xia e col. (2005), Toti e col. (2004),

Rokhade, Patil e Aminabhavi (2006) e El Rehim, Hegazy e El Mohdy (2004)].

A associação de polissacarídeos com polímeros sintéticos é investigada

na busca por materiais que apresentem suas propriedades originais reforçadas ou

mesmo fornecer novas funcionalidades, que influenciem suas características físicas,

químicas, mecânicas e reológicas. Propriedades de alguns polissacarídeos como

abundância, biodegrabilidade, biocompatibilidade e não toxicidade têm favorecido a

escolhas desses polímeros na preparação de biomateriais [Berger e col. (2004a)].

A microencapsulação de fármacos a partir da preparação de microesferas

de géis (com polímeros sintéticos e/ou naturais) tem sido foco de inúmeras

pesquisas na área farmacêutica nas últimas décadas, envolvendo diferentes

objetivos, entre eles a obtenção de produtos de liberação modificada de fármacos,

diminuição da toxicidade gastrointestinal de antiinflamatórios não esteróides,

melhoria na estabilidade ou aumento na biodisponibilidade de fármacos, liberação

em regiões específicas e o tratamento das doenças inflamatórias do intestino [Beck

(2005), Freiberg e Zhu (2004), Gavini e col. (2004), Giunchedi e col. (1995), Gohel e

Amin (1998), Espósito e col. (2002), Lamprecht, Schafer e Lehr (2000), Sajeev e col.

(2002), Saravanan e col. (2004)]. Microesferas podem ser preparadas através de

inúmeros métodos descritos na literatura, entre os quais se encontra a coacervação

[Madan, Luzzi e Price (1974)], emulsificação [Tanaka, Takino e Utsumi, (1963),

Raymond, Degennaro e Mikeal, (1990)] e secagem por aspersão ( : )

[Bassani e col. (2001)].

As características físicas como, por exemplo, tamanho das microesferas,

determinam seu desempenho para o uso em diferentes objetivos terapêuticos. Por

exemplo, microesferas com diâmetros na faixa de 20 100 em podem ser utilizadas

intersticial, micropartículas menores têm sido propostas para o tratamento de

infecções, alergias e artrites, devido à capacidade de permanecer em sítios

específicos [Esposito, Cortesi e Nastruzzi (1996)].

Considerando a busca por novas formulações farmacêuticas e também o

potencial que o Estado do Ceará tem como fonte da goma do cajueiro, essa

proposta de trabalho visa a síntese de derivados da goma do cajueiro e o

desenvolvimento de novos materiais (na forma de microesferas), preparados a partir

da goma do cajueiro e gelatina, com intuito de aplicá los posteriormente em

sistemas de liberação de fármacos.

A gelatina é um biopolímero, biocompatível, biodegradável, e solúvel em

pH fisiológico à temperatura ambiente, o que a torna ideal para aplicações

farmacêuticas. É um produto heterogêneo que tem uma mistura de espécies, α , β ,

e γ peptídeos derivada do colágeno, uma proteína natural a qual é um material

fibroso que ocorre na pele, ossos e tecidos de animais [Ferdinando (2000)]. A

gelatina é amplamente utilizada em indústrias de alimentos, cosméticas e

farmacêuticas, ganhou popularidade devido as suas propriedades multifuncionais;

dentre as quais a capacidade de formar géis termoreversíveis é a mais importante.

As gelatinas são comercializadas de acordo com suas propriedades físico químicas,

como o valor do ; (um parâmetro que representa a rigidez do gel) e

viscosidade [Segtnan e Isaksson (2004)].

Ambos, a gelatina e o colágeno, consistem de uma variação de 18

aminoácidos, dentre os quais, glicina (Gly), prolina (Pro) e hidroxiprolina (Hyp) são

os mais abundantes. Estruturalmente, as moléculas de gelatina contêm seqüências

de (Gly X Y)n, onde X e Y, aproximadamente 30%, são ocupadas pela Pro e Hyp, o

restante por resíduos de outros aminoácidos como alanina (Ala), arginina (Arg) e

glutamato (Glu) entre outros, o n é aproximadamente 330 (Figura 1) [Rose e col.

(1989) e Prystupa e Donald (1996)].

;

Figura 1. Estrutura dos principais aminoácidos da gelatina e típica estrutura da

gelatina Ala Gly Pro Arg Gly Glu Hyp Gly Pro .

A unidade fundamental do colágeno é chamada de tropocolágeno,

formada de três moléculas polipeptídicas, arranjadas em forma de hélice [Segtnan e

Isaksson (2004)]. O colágeno apresenta propriedades que dão resistência e/ou

elasticidade às estruturas em que ocorre, tem composição molecular relativamente

simples e é insolúvel em água devido à alta quantidade de aminoácidos hidrofóbicos

presentes tanto no interior como na superfície de sua estrutura. A hélice do colágeno

é uma estrutura secundária única e característica desta proteína, ela é orientada à

esquerda e formada pela repetição da seqüência tripeptídica, contendo três resíduos

por volta, que interagem por ligações de hidrogênio. A sua resistência mecânica é

aumentada pelo enrolamento helicoidal de múltiplos segmentos em uma tripla hélice

(estrutura terciária) (Figura 2), similar a cordões enrolados entre si para formar uma

corda mais resistente [Lehninger, Nelson, Cox (2000) e Guo e col. (2003)].

N H O

H

O

N H O

H

O

OH NH₂

OH O

Figura 2. Estrutura do colágeno: a) Estrutura secundária do colágeno orientada à

esquerda. b) modelo espaço cheio da hélice mostrada em (a). c) Estrutura terciária

do colágeno formada pelo enrolamento de três hélices em uma torção orientada à

direita. d) A super hélice (estrutura quaternária) de três elementos do colágeno

mostrada a partir de uma de suas extremidades, em uma representação bola

bastão. Os resíduos de Gly estão mostrados em vermelho. A Gly, devido ao seu

pequeno tamanho, é necessária nas junções apertadas onde as três cadeias estão

em contato [Lehninger, Nelson, Cox (2000)].

A desnaturação (perda total da sua estrutura tridimensional) do colágeno

para obtenção da gelatina normalmente é feita a partir do colágeno de pele ou osso

de boi e porco [Rokhade e col. 2006]. A reação pode ser realizada em meio ácido,

originando gelatina do tipo A, e em meio básico, originando gelatina do tipo B. As

proporções de peptídios e a massa molar da gelatina dependem da natureza do

processo químico de desnaturação [Rokhade e col. 2006].

Após desnaturação, pode ocorrer renaturações de pequenos segmentos

recuperando parcialmente a estrutura original do colágeno. Ross Murphy (1992)

relata que a cinética do processo de renaturação tem sido estudada extensivamente

e recentes teorias sugerem que a estrutura secundária é mais importante que a

terciária para a nucleação da hélice. As estruturas secundárias predominantes na

gelatina são do tipo torção β ou curvatura β, que consiste numa curva fechada

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Figura 3. Estrutura de uma torção β ou curvatura β. a) Representação da ligação de

hidrogênio entre os grupos peptídicos do primeiro e do quarto resíduos envolvidos

na volta. b) Os isômeros cis e trans de uma ligação peptídica envolvendo o

nitrogênio imino da prolina [Lehninger, Nelson, Cox (2000)].

As extensas possibilidades de conformação da gelatina estão

relacionadas à sua estrutura, os resíduos de Gly e Pro são geralmente encontrados

na conformação de torção β (Figura 3), o primeiro porque é pequeno e flexível e o

segundo porque as ligações peptídicas envolvendo o nitrogênio do grupo imino são

facilmente encontradas na forma cis, que se fecha em curva [Lehninger, Nelson, Cox

(2000)]. Acredita se que a expansão da hélice é governada pela diferença no raio da

conversão dos resíduos da prolina da forma cis em trans. Essa estrutura é crucial

para o entendimento da habilidade da gelatina em formar géis [Prystupa e Donald

(1996) e Choi e col. (1999)].

As micropartículas de gelatina para encapsulação de fármacos têm sido

preparadas por métodos de coacervação [Madan, Luzzi e Price (1974)],

emulsificação [Tanaka, Takino e Utsumi, (1963), Raymond, Degennaro e Mikeal,

(1990)] e métodos de adsorção [Ugwoke e Kinget, (1998)]. Apesar de o método de

coacervação ser mais antigo, o método de emulsificação é o mais simples. O

método de emulsão explora a termoreversibilidade da gelatina, no qual a dispersão

de gelatina forma gel quando a temperatura é diminuída para valores menores que a

temperatura de geleificação [Ugwoke e Kinget, (1998)]. Primeiramente a gelatina é

dissolvida em temperaturas acima de 40°C e após a preparação da emulsão é

grande potencial para aplicações farmacêuticas, pois pode ser usada para o

encapsulamento de fármacos hidrofílicos e hidrofóbicos.

Segundo Ugwoke e Kinget (1998), microesferas de gelatina podem ser

usadas para liberação de fármacos via nasal, bucal, vaginal e oftalmológicas devido

a propriedade de mucoadesividade da gelatina.

Para a maior parte das aplicações em sistemas de liberação controlada,

devido às propriedades hidrofílicas da gelatina, a reticulação se torna uma estratégia

para controlar propriedades desses sistemas, como capacidade de absorção de

água, dentre outras que afetam diretamente a sua cinética de liberação. A

reticulação da gelatina pode ser de natureza química, formada por ligações

covalentes irreversíveis, e reticulação física, formada por várias ligações reversíveis

(complexos de polieletrólitos) [Berger e col. (2004a)].

O termo goma na indústria está associado a polissacarídeos e seus

derivados. Mas a sua definição está relacionada a um polissacarídeo solúvel em

água e que forma soluções viscosas a baixas concentrações, sendo substâncias

incolores, inodoras, insípidas e não tóxicas [BeMiller (1987)]. As gomas industriais

podem ser classificadas em naturais e modificadas. As naturais podem ser obtidas

de exudatos de árvores, de sementes, de algas ou por fermentação microbiológica

[Rodrigues, de Paula e Costa (1993)]. As gomas extraídas de exudatos foram as

primeiras gomas conhecidas [Whistler (1973)].

A goma do cajueiro (GC) é um polissacarídeo exudato da árvore cajueiro

( ), que é considerada um planta de porte alto (6 a 12

metros) Foi utilizada para florestamento e há registro de uso como árvore

ornamental e para sombreamento. É originária da América Tropical e suas

explorações comerciais restringiram se à Índia, Brasil, Moçambique, Quênia e

Tanzânia. O cultivo de caju ocupa uma área de 551842 ha e aproximadamente 98%

desta área encontra se no nordeste, abrangendo os estados do Ceará, Piauí e Rio

Grande do Norte [Pessoa, Leite e Pimentel (2006)].

O principal produto do cajueiro é a sua castanha, mas existe potencial

C

A média de produção de goma/árvore/ano é 700 g [Bandeira (1991)], com um

potencial de produção anual da goma de até 38 mil toneladas.

A goma do cajueiro tem aplicações como espessantes para sucos e

refrescos, emulsificante para molhos e saladas, suporte para microcápsulas e ainda

como agente depressor de minério [Mothé (2000)]. Por possuir características

semelhantes a goma arábica, pode substituí la como cola líquida para papel, na

indústria farmacêutica em cosméticos e como aglutinante de cápsulas e

comprimidos e na indústria de alimentos como estabilizante de sucos, cervejas e

sorvetes e como clarificante de sucos [Silva (2006)].

O Grupo de Polímeros – UFC tem estudado essa goma desde 1993

[Rodrigues, de Paula e Costa (1993)]. A goma extraída de árvores do nordeste

brasileiro foi caracterizada como um heteropolissacarídeo contendo βD galactose

(72 73%), αD glucose (11 14%), arabinose (4,6 5%), ramnose (3,2 4%) e ácido

glucurônico (4,7 6,3%) em porcentagem de massa [de Paula, Heatley e Budd

(1998), de Paula e Rodrigues (1995)]. A goma é composta sobretudo de uma cadeia

principal de galactose ligada por C 1 e C 3, com ramificações de galactose ligada

por C 1 e C 6. A glucose pode formar cadeias laterais e a arabinose, ramnose e

ácido glucurônico apresentam como grupos terminais (Figura 4) [de Paula, Heatley,

e Budd (1998)].

A pesquisa dentro do grupo de polímeros – UFC e colaborações com

outros grupos de pesquisa no Brasil permitiram outras propostas de trabalho com a

goma do cajueiro: modificação por carboximetilação com ácido monocloroacético

como agente esterificante [Silva e col. (2004)] e oxidação utilizando TEMPO (N oxil

2,2,6,6 tetrametilpipiridina) como agente oxidante [Cunha e col. (2007)];

copolimerização via enxertia com acrilamida [Silva, de Paula e Feitosa (2007)];

interações com quitosana em estudos de cinética de intumescimento [Paula, Gomes

e de Paula (2002)], na liberação de fármacos [Maciel e col. (2006); Magalhães Jr e

col. (2008)] e de larvicidas [Paula, de Paula e Bezerra (2006)], estudo da

degradação térmica de complexos polieletrolíticos [Maciel e col. (2005)], estudo da

formação de filmes finos [Maciel e col. (2007)] e preparação de hidrogéis

superabsorventes para o condicionamento do solo [Guilherme e col. (2005) e Silva

D

Figura 4. (A) Unidades monossacarídicas da composição da goma do cajueiro do

nordeste. (B) Representação da estrutura do polissacarídeo extraído do exudato do

cajueiro. (R = ramnose, arabinose ou ácido glucurônico) [Cunha e col. (2007)].

O H H H O H H OH H OH OH OH O H H H H O H OH H OH OH OH O OH H H H O H OH H OH H CH₃ O OH H H H O H OH H OH H O O H F G O H OH O H H H OH H O H 1 3

gal gal 1 3 1 3 gal1 3 gal 1 3 gal 1 3 gal 1 3 gal

1 6 glu 1 3 gal 1 3 gal 1 6 1 6 1 3 gal 1 3 gal 1 6 6 R glu a 1 3 gal 1 6 gal 1 6 1 3 gal 1 6 gal 1

3 gal 6 1

3

6

1 1 6

gal 3 1

glu a 1 6 1 6 gal 1 6

gal 3 R

1 6

1 6

1 glu a 6

1

6

R 3 1 3

E

Diversos tipos de modificações de polissacarídeos com distintos

interesses têm sido propostas, desde aumentar a hidrofilicidade à adição de caráter

hidrofóbico. Na busca de aumentar o caráter hidrofílico e aumentar os sítios de

interação com outros polímeros (polímeros sintéticos, polissacarídeos e proteínas)

ou com metais, modificações tais como: carboximetilação, carboxilação, oxidação e

sulfatação vêm sendo propostas.

1.3.1 Reação de Sulfatação

Os açúcares sulfatados têm geralmente fórmula ROSO3H onde ROH é o

açúcar. O interesse corrente nesses açúcares é devido principalmente ao fato

destes ésteres ácidos ocorrerem extensivamente na natureza. No reino vegetal,

açúcares sulfatados são encontrados combinados com muitos polissacarídeos de

algas [Mori (1953); Percival (1964)], no entanto dificilmente são encontrados em

plantas terrestres. No reino animal, estes ésteres são polissacarídeos como a

heparina, sulfatos de condroitina e de mucoitina, e são encontrados no cérebro

[Thannhauser, Felling e Schmidt (1955)].

Muita atenção tem sido focalizada no papel fisiológico de polissacarídeos

sulfatados e, associado a isto, muitos métodos de sulfatação de polissacarídeos têm

sido propostos com intenção de aplicações terapêuticas comerciais. Um exame

detalhado da estrutura de polissacarídeos sulfatados requer o conhecimento da

posição da ligação do grupamento sulfato, e que a reatividade química desses

grupamentos seja entendida. Isto é importante, visto que os grupos sulfatos exercem

papel importante nas propriedades biológicas desses polissacarídeos [Shanmugam

e Mody (2000)].

Sulfatação de polissacarídeos tem sido reportada para uma variedade de

carboidratos, entre esses quitosana [Baumann e Faust (2001)], dextrana, pululana

[Mahner, Lechmer e Nordmeier (2001)] e laminarina, polissacarídeo extraído da alga

< [O’Neill (1955)]. Os reagentes utilizados são principalmente o

ácido metaclorosulfônico (CℓSO3H) em piridina (Figura 5) [Geresh, Mamontov e

Weinstein (2002)] ou complexo de trióxido sulfúrico com piridina [Wu e col. (1998)],

solventes utilizados são geralmente formamida, dimetilformamida, dimetilsulfóxido e

piridina.

No entanto, devido à complexidade estrutural dos polissacarídeos, um

mesmo método de sulfatação pode resultar em produtos previsíveis para um

determinado polissacarídeo, mas imprevisíveis para outros polímeros [Yang e col.

(2003)]. Assim, é importante estabelecer um método apropriado de sulfatação. O

solvente deve ser escolhido adequadamente para cada polissacarídeo, já que estes

podem ter solubilidade e conformação diferente em diferentes solventes, o que pode

afetar a sulfatação devido às distintas forças intermoleculares.

Figura 5. Sulfatação de polissacarídeo com ácido metaclorosulfônico em piridina

[Mahner, Lechmer, e Nordmeier (2001)].

As propriedades de polissacarídeos sulfatados, tais como atividade

anticoagulante [Alban e Franz (2001), Huynh, Chaubet e Jozefonvicz (2001)],

antiviral [Amornrut e col. (1999)], antiinflamatória [Winkelhake (1991)] entre outras,

pode depender fortemente de sua estrutura, como por exemplo, do grau de

sulfatação (GS) [Alban, Schauerte e Franz (2002)], da massa molar [Barbucci e col.

(1998)] e da ramificação da cadeia [Mulloy, Mourão e Gray (2000)].

1.3.2 Reação de Oxidação

A oxidação com periodato de sódio é uma reação simples e bastante

usada como ferramenta na elucidação estrutural de carboidratos complexos [Perlin e

Casu (1982)]. A oxidação de amido com periodato, até pouco tempo era um dos

poucos exemplos no qual esta era empregada para obter novas propriedades com

aplicações industriais [Veelaert e col. (1997)]. No entanto, a modificação por

oxidação com periodato tem sido proposta para outros polissacarídeos como

pullulana [Brunneel e Schacht (1993)], escleroglucana [Crescenzi e col. (1983);

!

Stokke (2001)], goma guar [Varma e col. (1997)], dextrana [Sokolsky Papkov, Domb

e Golenser (2006) e Schacht e col. (1997)], goma arábica [Nishi e Jayakrishnan

(2007) e Nishi e Jayakrishnan (2004)] e goma Konjac [Yu e Xiao (2008)].

Periodato oxida seletivamente as cadeias laterais do polissacarídeo, se a

cadeia principal não possuir nenhuma hidroxila vicinal. Assim, quando na cadeia

principal as unidades dos monossacarídeos são ligadas (1→3) a oxidação com

periodato leva a introdução de grupamentos aldeídos nas cadeias laterais, sem

degradação da cadeia principal. A Figura 6 mostra diferentes unidades de açúcares

reagindo com periodato de sódio. Observa se que a única unidade não oxidada é a

B devido às ligações glicosídicas na posição 1 e 3 que não apresenta duas

hidroxilas vicinais.

Polissacarídeos como a goma do cajueiro [de Paula, Heatley e Budd

(1998)] e escleroglucana [Christensen, Aasprong e Stokke (2001)] apresentam esse

tipo de ligação em suas estruturas. A Figura 7 mostra o mecanismo básico da

reação de oxidação de uma D glucose de cadeia lateral [Jackson e Hudson (1938)].

O mecanismo descrito assume que a ligação dos carbonos C(2) – C(3) e C(3) – C(4)

do anel de glucose pode ser acessada por oxidação com periodato [Aalmo e Painter

(1981)]. A reação ocorre quando a ligação C(3) – C(4) ou C(2) – C(3) é quebrada na

primeira oxidação, originando grupamentos aldeídos nos respectivos carbonos

(unidades S e S’). Esses intermediários podem existir em solução nas formas

cíclicas e de hemiacetal [Aalmo e Painter, 1981]. Uma segunda oxidação

complementar origina novos grupamentos aldeído, formando a unidade D

(duplamente oxidada) com conseqüente liberação de ácido fórmico de C(3).

A análise do consumo de periodato possibilita a determinação da

proporção de unidades oxidadas. O controle da estequiometria

periodato/polissacarídeo pode produzir materiais com diferentes graus de oxidação.

Os grupos aldeídos das unidades oxidadas podem reagir com NaBH4

para formar o correspondente poliálcool [Schulz e Rapp (1991)] ou com NaCℓO2 para

formar correspondentes policarboxilatos [Crescenzi e col (1983)]. O estudo de

derivados aldeídos funcionalizados é interessante devido a sua reatividade com

grupamentos amina de quitosana e proteínas, como por exemplo, a gelatina para a

formação da imina ( C=N ).

<

Figura 6. Seletividade da reação de periodato de sódio com unidades de açúcar

substituídos em diferentes posições. [Aspinall (1982)].

X

O CH₂OH

O H

O

H O

O

1 IO4

0 O

OHC OHC

CH₂OH

O

O glicerol

O CH₂OH

O H

O OH

O

O CH₂OH

OH O O

H

O 1 IO4

0

O CH₂OH

O

O

H OH

O

1 IO4 0

CHO O

CHO CH₂OH

O

O eritritol ou treitol

O O OH O H O

1 IO₄0

glicerol O CHO CHO O O O O H O H OH O O

2 IO₄0

<;

Figura 7. Esquema da reação seletiva de oxidação de uma unidade de glucose da

cadeia lateral de um polissacarídeo [Maeda e col. (2001)].

A oxidação com periodato de sódio da goma arábica foi proposta

recentemente na preparação de um carreador de fármaco, o qual interage

diretamente com este através da formação da base de Schiff, reação entre os

grupamentos amina do fármaco e os grupos aldeído da goma. Diferentes perfis de

liberação do fármaco são obtidos e podem ser controlados pelo grau de oxidação da

<

1.3.3 Reação de Reticulação

Os géis físicos são formados por ligações reversíveis, que no caso da

quitosana, por exemplo, ocorrem por interação com cátions, tais como íons cálcio e

alumínio ou pela formação de complexos polieletrolíticos (CPE’s) [Berger e col.

(2004a)]. A reticulação física da gelatina pode ser realizada por aquecimento térmico

e irradiação ultravioleta [Weadock, Olson e Silver (1983)].

A estabilidade mecânica, ou resistência, em uma larga faixa de pH nem

sempre é conseguida para géis físicos. Por isso, algumas vezes é necessário a

introdução de ligações covalentes para fortalecer o gel formado, mantido apenas por

interações eletrostáticas.

A reticulação química consiste na introdução de moléculas de baixa

massa molar, chamadas de agentes reticulantes. A presença de grupos funcionais –

OH, –COOH e –NH2 na estrutura do polissacarídeo pode ser utilizada para a

formação de ligações cruzadas através de reações com aldeídos ou com moléculas

bifuncionais que permitem a formação de pontes entre as duas cadeias do

polissacarídeo [Hennink e van Nostrum (2002)].

Para a gelatina, vários agentes reticulantes têm sido propostos, tais como

formaldeído [Hazel e col. (1980)], glutaraldeído [Damink e col. (1995)], carboimida

[Sheehan e Hlavka (1957)], compostos diepóxidos [Sung e col. (1996)], gliceraldeído

[Kosmala, Henthorn e Brannon Peppas (2000)] e genipina [Lien, Li e Huang (2008),

Wei e col. (2007), Nickerson e col. (2006) Yao e col. (2004), Liang e col. (2003)].

Entretanto, o uso de agentes reticulantes como formaldeído e

glutaraldeído podem levar a efeitos tóxicos laterais devido a resíduos dos

reticulantes. Portanto, há a necessidade de uma excessiva purificação durante a

preparação dos hidrogéis para eliminar excesso do agente reticulante que não

formou ligações cruzadas. Eles podem ser retirados por sucessivas lavagens ou

neutralizados por uso de reagentes específicos [Berger e col. (2004b)]. Esses

métodos para remoção do reticulante podem, também, extrair qualquer fármaco que

tenha sido incorporado na rede polimérica ou gerar reações adicionais devido a

aplicações de reagentes para neutralização do reticulante.

Uma alternativa a estes reticulantes tóxicos é a utilização da genipina. A

reticulação de quitosana e gelatina com genipina tem sido proposta como uma

<<

toxicidade é mais baixa do que a do glutaraldeído, em torno de 5.000 a 10.000 vezes

[Sung e col. (1999)].

A genipina é um iridóide derivado do geniposídeo (Figura 8), extraída do

fruto de jenipapo (% 6, tem sido utilizada na medicina chinesa para

tratamento de doenças hepáticas e como agente antiinflamatório, sendo produzida e

vendida somente em Taiwan. Na presença de oxigênio, forma um pigmento azul

quando reage com grupos amina livres de aminoácidos como a glicina e lisina em

pH 7 [Paik e col. (2001)].

Figura 8. Estrutura química: A do geniposídeo, onde GLU é glucose e B da

genipina [Butler, Ng e Pudney (2003)].

A genipina participa de ligações covalentes com grupos amina livres

contidos em polímeros, essa reação se processa por dois mecanismos distintos. O

primeiro é o ataque nucleofílico ao carbono 3 da genipina por aminas primárias

formando uma amina cíclica ligada à cadeia do polímero (Figura 9a). A segunda

reação é a substituição nucleofílica (SN2) do grupo éster da genipina formando uma

amida secundária ligada à cadeia polimérica com a liberação de metanol (Figura 9b)

[Butler, Ng e Pudney (2003)].

Segundo Liang e col. (2003) a aplicação dessa substância como agente

reticulante pode minimizar a redução da biodegradabilidade e biocompatibilidade de

polissacarídeos modificados por reticulação. Microesferas de gelatina reticuladas

com genipina mostraram em estudo ) ) menor grau de inflamação em tecidos

implantados que aquelas microesferas de gelatina reticuladas com glutaraldeído.

O O O

HO GLU

O O O

HO OH

F H

; < C

D

E

<

Figura 9. Mecanismo da reação de reticulação entre grupo amina e genipina: a)

esquema reacional 1 e b) esquema reacional 2 [Butler, Ng e Pudney (2003)].

NH2 R

O

HO

O OCH3

OH

NH2 R

O

HO

O OCH3

OH

NH2 R

O

HO

O OCH3

OH HN R O HO O OH

I (J<#J b)

O

O H

OH O OCH₃

N

H₂ R CH

O O H O _OCH 3 NH R N O H OH R O _OCH3

N

O H

R O OCH₃

<C

!

Hidrogéis foram definidos por Peppas (1986) como sistemas

macromoleculares que intumescem em água ou fluidos biológicos, devido a sua

capacidade de absorver e reter grandes volumes de água em sua estrutura sem se

dissolver em função de reticulações físicas ou químicas entre as cadeias individuais

do polímero (Figura 10). Este tipo de sistema polimérico tem sido amplamente

investigado e explorado nos campos biomédicos e industriais [Mitsumata e col.

(2003)]. Os polissacarídeos em geral são soluvéis em água ou formam géis fisicos

que na presença de excesso de água formam soluções viscosas.

Figura 10. Formação da rede tridimensional do hidrogel com o processo de

intumescimento [Rudzinski e col. (2002)].

O processo de intumescimento de um gel é governado por fatores físicos

e externos. Entre os físicos, são favoráveis a presença de forças de coesão, grupos

hidrofílicos, baixa densidade de reticulação e a flexibilidade do polímero [Rudzinski e

col. (2002)]. A presença de grupos hidrofóbicos, alta densidade de reticulação e a

presença de íons desfavorecem a absorção de água. Os fatores externos que

interferem no intumescimento são mudanças de pH, força iônica, temperatura,

composição do solvente e aplicação de voltagem, entre outros.

Géis com redes interpenetradas e semi interpenetradas têm sido

estudados como matrizes em sistemas de liberação utilizando diferentes

combinações de polímeros para se obter materiais com propriedades físico químicas

específicas. Géis do tipo redes poliméricas interpenetradas (IPN’s –

) são formados por redes tridimensionais de polímeros

<D

homogêneos ou heterogêneos, onde pelo menos um deve ser polimerizado na

presença do outro. As redes individuais podem ou não ser quimicamente

interconectadas. Géis do tipo semi IPNs são obtidos quando apenas um dos

polímeros é reticulado.

Géis do tipo semi IPN têm sido desenvolvidos e avaliados para liberação

de vários tipos de drogas [Kulkarni, Soppimath e Aminabhavi (2000); Agnihotri e

Aminabhavi (2005)]. Hidrogéis do tipo IPN e semi IPN de gelatina com

polissacarídeos têm sido preparados para obtenção de esferas [Isiklan (2006);

Rokhade e col. (2006)], membranas [Liu e Zhao (2006)] e esponjas [Choi e col.

(1999)]. Em geral, o agente reticulante aplicado para preparação desses hidrogéis é

o glutaraldeído. No entanto, géis do tipo semi IPN têm sido preparados utilizando

como reticulante o gliceraldeído [Kosmala, Henthorn e Brannon Peppas (2000)] ou

genipina [Lien, Li e Huang (2008), Liang e col. (2003)] para minimizar os efeitos

tóxicos desses materiais.

Hidrogéis do tipo HPN (HPN – 6 são obtidos

quando grupos funcionais presentes nos dois polímeros reagem formando pontos de

reticulação sem a necessidade da adição de um agente reticulante. A Figura 11

mostra quatro diferentes tipos de estruturas de géis.

Figura 11. Esquema ilustrativo de estruturas de géis reticulados tipo (A) Polímero

reticulado com um agente reticulante de baixa massa molar; (B) Hidrogel do tipo

HPN; (C) Hidrogel do tipo IPN e (D) Hidrogel do tipo PEC [Bae e Kim (1993)].

A B

Cadeia I Cadeia II

<E

Quando quitosana reage com polímeros aldeído funcionalizados forma

géis com pontos de reticulação via reação base de Schiff, os quais são géis do tipo

HPN [Berger e col. (2004b)]. A Figura 12 representa um esquema da interação dos

grupos amina com o aldeído de outro polímero funcionalizado com grupos aldeídos.

Figura 12. Esquema ilustrativo da reação de um polissacarídeo aldeído

funcionalizado com gelatina. [Fang, Takahashi e Nishinari (2005)]. A linha em zig

zag representa a cadeia principal do polissacarídeo oxidado ou da gelatina.

A geleificação da gelatina com polialdeídos (ex. poliacroleína)

[Himmelmann, Ulrich e Meckl (1963)] e com amido oxidado com periodato (amido

aldeído funcionalizado) [Jeffreys e Tabor (1962)] é bem documentada na literatura.

Schacht e col. (1997) observaram que a velocidade de geleificação,

durante a reação de dextrana dialdeídica (oxidada com periodato de sódio) com

gelatina, depende da massa molar e do grau de oxidação da dextrana, da natureza

da gelatina e das condições reacionais. A reticulação ocorre devido à formação da

base de Schiff na reação entre o ε amino da lisina ou grupos lateriais da hidroxilisina

e os aldeídos disponíveis [Schacht e col. (1997)]. O pH do meio reacional é um dos

fatores determinantes, isso pode ser explicado em função do aumento de

grupamentos amina não protonados na gelatina com o aumento do pH, o que

favorece a formação da base de Schiff.

Recentemente hidrogéis preparados pela interação da gelatina com a

goma oxidada Konjac foram testadas quanto à capacidade de liberação de

ketoprofeno ) , e mostrou que a taxa de liberação pode ser controlada por

variação da razão goma oxidada/gelatina, o que segundo os autores [Yu e Xiao

(2008)] oferece uma nova janela para preparação de matrizes à base de gelatina,

quando comparadas à preparação tradicional com aplicação de reticulantes de baixa

massa molar. Os hidrogéis de dextrana oxidada com gelatina têm sido investigados

Polissacarídeo

oxidado

CHO

CHO

NH₂

NH₂

+

CHO NH2

+

CH=N

Gelatina

<

como um curativo para liberação de fatores de regeneração de tecidos [Schacht e

col. (1997); Fang, Takahashi e Nishinari (2005)].

Outros trabalhos recentes têm investigado a preparação, propriedades

físico químicas e perfil de liberação de microesferas ou géis de gelatina com

polissacarídeo aldeído funcionalizados. Microesferas de gelatina com a goma

dextrana oxidada foram preparadas e estudadas quanto às características de

liberação de cloridrato de Pingyangmycin (Bleomicina A5), antibiótico utilizado em

tratamento de tumores [Wu e col. (2006)] e mostraram ser uma excelente alternativa

para o tratamento de tumores na cabeça ou no pescoço.

Hidrogel de sulfato de condroitina oxidada com periodato de sódio e

gelatina foi proposto como curativo ( ). Géis de gelatina e do

polissacarídeo oxidado extraído da # foram estudados quanto às

propriedades viscoelásticas, parâmetros cinéticos de geleificação e analisados em

função da concentração de gelatina e do grau de oxidação do polissacarídeo [Fang,

Takahashi, Nishinari (2005)]. Hidrogéis de alginato oxidado e gelatina também têm

sido avaliados como biomateriais, mostrando se não tóxicos e biodegradáveis

[Balakrishnan e col. (2005)].

Microencapsulação de drogas, tais como cloridrato de doxorubicina,

mitomicina C, e 5 fluorouacil dentro de microesferas de gelatina reticulada com

aldeídos têm sido investigadas [Leo e col. (1997), Yan e col. (1991)]. Estudos

mostram que microesferas de gelatina reticuladas com aldeído tem um longo

período de biodegradação, propriedade importante para liberação controlada de

<!

20 OBJETIVOS

Preparação e caracterização de derivados de goma do cajueiro e

utilização destes no desenvolvimento de microesferas com gelatina.

"# $ %

Para atingir este objetivo o trabalho foi dividido nas seguintes etapas:

Modificar a goma do cajueiro por reação de sulfatação para obtenção de

um polieletrólito aniônico e caracterizá la.

Modificar a goma do cajueiro por reação com periodato de sódio para

obtenção de derivados polialdeídicos e caracterizá la.

Preparar e caracterizar microesferas de géis de gelatina e goma do

cajueiro não modificada reticuladas com genipina. Desenvolver microesferas de

goma do cajueiro oxidada e sulfatada com gelatina.

Estudar as propriedades físico químicas de géis de gelatina e goma do

cajueiro não modificada, sulfatada e oxidada, visando sua futura utilização como

3. METODOLOGIA

A goma do cajueiro ( ) foi fornecida pela

EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária), Ceará, em 2004. A

goma foi purificada pelo método descrito por Rodrigues, de Paula e Costa (1993).

Os espectros de infravermelho e ressonância magnética nuclear de 13C para a GC apresentaram valores similares aos obtidos por de Paula e Rodrigues (1995) e

massa molar foi estimada em 2,32x104 g/mol.

O fruto do jenipapo (% <) foi coletado em julho de 2007,

no município de Pacatuba, Ceará. A genipina foi extraída do fruto verde seguindo a

metodologia descrita por Djerassi, Gray e Kincl (1960), com algumas modificações

desenvolvidas dentro do Laboratório de Polímeros – UFC [Magalhães Jr. (2007)].

A gelatina (Vetec) utilizada é de origem da pele bovina com ; 170 a

190 g.

&

A massa molar da gelatina foi determinada por eletroforese em gel de

poliacrilamida em presença de dodecilsulfato de sódio (SDS) e β:mercaptoetanol

realizada segundo a técnica de Laemmli (1970), usando se um gel de aplicação de

3,5% de acrilamida em tampão tris HCℓ 0,5 mol/L, pH 6,8 e um gel de separação a

12,5% em tampão tris HCℓ 3,0 mol/L, pH 8,8 e SDS 1%, adaptada para o uso em

placas medindo 10x8 cm2 (Sistema Hoefer SE250 Pharmacia Biotech). O tampão

de corrida foi preparado com tris 0,025 mol/L, glicina 0,2 mol/L e SDS 0,1% a pH

8,3. Os seguintes padrões de proteína da Dalton Mark VII L Protein foram utilizados:

albumina bovina (66000 Da), ovoalbumina (45000 Da), desidrogenase

gluceraldeído 3 fosfato (36000 Da) e anidrase carbônica (29000 Da).

As amostras foram dissolvidas em tampão tris HCℓ 0,0625 mol/L, pH 8,3,

contendo SDS 10, azul de bromofenol 0,02% e em seguida incubadas a 110°Cpor

;

ainda cristais de sacarose. Alíquotas de 12 L das amostras tratadas foram

aplicadas no gel, e então submetidas a uma corrente de 40 mA durante

aproximadamente uma hora.

As bandas foram visualizadas usando revelação das bandas protéicas

com prata seguindo a metodologia descrita por Blum, Beier e Gross (1987).

A gelatina foi caracterizada por espectroscopia na região do infravermelho

(IV), como descrito no tópico métodos de análise, item 3.6.

! " !

A reação de oxidação parcial da goma do cajueiro foi realizada por

modificação do método descrito por Christensen, Aasprong e Stokke (2001) e

Dawlee e col. (2005). A goma do cajueiro (1,0 g, 6x103 mol de unidades glicosídicas) foi dissolvida em água destilada por 2 horas e duas quantidades

distintas de NaIO4 foram adicionados de modo a obter razões molares de unidades

glicosídicas/periodato de 10:3 e 10:4 (Tabela 1).

A mistura reacional foi deixada por 6 horas à temperatura ambiente e

após este período etilenoglicol foi adicionado para parar a reação. A goma do

cajueiro oxidada (GCX) obtida foi dialisada contra água destilada (4 – 5 vezes) para

eliminação de excesso de reagente e então, liofilizada.

Tabela 1. Dados experimentais da reação de oxidação da goma do cajueiro.

Produto* Mol de NaIO4 Razão Molar

GCX10:3 1,9x103 10:3

GCX10:4 2,5x103 10:4

*A numeração refere se à relação GC/NaIO4.

grau de oxidação da goma do cajueiro foi determinado por

espectroscopia de absorção na região do UV VIS, como descrito por Gomez,

Rinaudo e Villar (2007). Neste método, utiliza se um indicador preparado com

tampão fosfato pH 7,4. Para determinação do teor de periodato foi retirado 2,5 mL

da solução reacional (antes da introdução de etilenoglicol) e misturado com 1,5 mL

do indicador, em seguida, o volume foi completado para 5,0 mL com água destilada.

O complexo formado é diluído adequadamente para análise num

espectrofotômetro Hitachi U 2000 em 486 nm. A diferença entre a quantidade inicial

e final de periodato corresponde à quantidade de unidades glicosídicas oxidadas.

A curva padrão do íon periodato foi utilizada para calcular a concentração

de NaIO4 não consumido durante a oxidação. A curva foi preparada com soluções

de concentração de 1,57x105, 1,96x105, 2,35x105, 2,75x105 e 3,14x105 mol/L, obtendo uma relação linear, r = 0,990 e a equação (1)

ABS = 0,02 + 0,26.[IO4]x10+5 Equação (1)

onde ABS é a absorbância medida e [IO4]é a concentração do íon periodato em

mol/L.

! # !

Os derivados sulfatados da goma do cajueiro foram preparados segundo

método descrito por O’Neill (1955) e Ono e col. (2003), no qual o ácido

monoclorosulfônico (densidade 1,75 g/mL) é utilizado como reagente para sulfatação

em meio básico. Goma do cajueiro (1,0 g, 6x103 mol de unidades glicosídicas) foi suspendida em 75,0 mL de dimetilformamida (DMF), durante 24 horas sob agitação.

A esta solução adicionou se 60 mL de piridina e manteve o sistema sob agitação por

3 horas. Após esse período o sistema foi colocado num banho de gelo, em frasco

fechado, onde adicionou se o ácido monoclorosulfônico vagarosamente, 1 mL a

cada 5 min.

O procedimento foi realizado com volume variado de ácido: 2, 6 e 8 mL,

para obtenção de diferentes razões molares GC/ácido (Tabela 2). Após a adição

total do ácido, manteve se o sistema reacional em agitação por 12 horas sob

refrigeração. A goma do cajueiro sulfatada (GCS) foi então neutralizada com

bicarbonato de sódio, dialisada contra água destilada (acompanhado por

<

liofilizada. O material obtido foi solubilizado em água, ajustado o pH para 7,0 e

precipitado em etanol PA.

Tabela 2. Dados experimentais da reação de sulfatação da goma do cajueiro.

Produto* Volume de SO3HCℓ

adicionado (mL)

Mols de SO3HCℓ

adicionado

Razão Molar

GC/ácido

GCS2 2 0,03 1:5

GCS6 6 0,09 1:15

GCS8 8 0,12 1:20

* A numeração corresponde ao volume de ácido adicionado.

Os derivados oxidados e sulfatados da GC foram caracterizados por

espectroscopia na região do infravermelho (IV), por espectroscopia de ressonância

magnética nuclear (RMN), por cromatografia de permeação em gel (GPC), reometria

e análise termogravimétrica (TGA), como descrito do tópico métodos de análise, item

3.6.

' % ( %) *

( % )

As esferas de GE e GEGC foram preparadas como descrito por Liang e

col. (2003) com algumas modificações, utilizando o método de emulsão óleo/água.

No caso das esferas de gelatina, a proteína foi dissolvida em tampão fosfato

(pH=7,4) a 50°C, concentração de 12,5% m/v. A solução foi gotejada em 40 mL de

óleo de milho comercial (gorduras totais de 0,92 g/mL) pré aquecido a 50°C. O

sistema foi mantido em agitação por 10 minutos. Subsequentemente, o sistema foi

resfriado a 4°C em banho de gelo e as esferas de gelatina foram formadas na fase

aquosa. As esferas foram separadas por filtração em funil de placa porosa e lavadas

com acetona várias vezes para remover o óleo remanescente. Por fim, foram secas

a vácuo durante a noite.

As emulsões de gelatina e goma do cajueiro foram preparadas

dissolvendo gelatina em tampão fosfato (pH=7,4) a 50°C, concentração de 12,5%

goma (Tabela 3). Após a completa solubilização, as soluções foram misturadas e

deixadas em agitação por 10 min a 50°C. As esferas GEGC foram preparadas

seguindo a mesma metodologia usada para as esferas de gelatina.

Tabela 3. Dados experimentais da preparação das esferas de GE e GEGC.

Produto* Massa de GE (g) Massa de GC (g) Relação GE/GC

(massa/massa)

GE 6,26 1:0

GEGC10:1 1,25 0,13 10:1

GEGC1:1 5,02 5,01 1:1

*A numeração corresponde à relação GE/GC

$ ! %

As esferas dos géis semi IPN (GE e GEGC’s) foram reticuladas com

genipina conforme metodologia descrita por Wei e col. (2007) com algumas

modificações. As esferas foram dispersas em uma solução de genipina 0,067 mol/L

em solução de etanol 90% e deixadas por 24 horas (RGE e RGEGC’s) e 72 horas

(R’GE e R’GEGC’s), em seguida foram filtradas em funil de placa porosa, lavadas

com etanol e secas a vácuo.

A quantidade de genipina (gen) consumida na reticulação das esferas do

tipo semi IPN foi determinada utilizando a espectroscopia de absorção na região do

UV VIS acompanhando se a variação na absorção em 240 nm, correspondente à

genipina, conforme descrito por Paik e col. (2001).

O equipamento utilizado foi um espectrofotômetro Hewlett Packard,

modelo 8453 diode array, acoplado a um programa de coleta de dados. A curva de

calibração foi obtida medindo se a absorbância de soluções de genipina de

concentrações conhecidas, obtendo uma relação linear, r = 0,999, e a equação (2)

permite o cálculo da concentração da genipina (gen) que não reagiu durante a

reticulação.

C

As esferas antes e após a reticulação foram caracterizadas por

espectroscopia na região do infravermelho (IV), análise termogravimétrica (TGA),

microscopia eletrônica de varredura (MEV) e cinética de intumescimento, como

descrito do tópico métodos de ánalise, item 3.6.

+ ' % *

A produção de esferas da goma do cajueiro oxidada com gelatina foi feita

como descrito para gelatina e dextrana oxidada, por Wu e col. (2006) com

modificações. Dissolveu se 0,125 g da goma do cajueiro oxidada em água,

concentração de 1,25% m/v e em outro frasco dissolveu se 1,25 g de gelatina em

água a 50°C, concentração de 12,5% m/v. Após a completa solubilização, volumes

iguais das soluções foram misturadas e deixadas sob agitação por 10 min a 50°C.

A solução resultante foi então gotejada em óleo de milho comercial com

gorduras totais de 0,92 g/mL, previamente aquecido a 50°C. Depois de 10 min a

emulsão obtida foi resfriada a 4°C em banho de gelo. Para desidratar e flocular as

esferas, adicionou se acetona pré resfriada a 4°C. As esferas foram recuperadas

pela filtração da suspensão em funil de placa porosa, lavadas em acetona

previamente resfriadas a 4°C e depois secas a vácuo.

Com a finalidade de avaliar o comportamento físico químico dos géis com

a adição de goma do cajueiro oxidado (GCX), esferas de gelatina com goma oxidada

com diferentes graus de oxidação foram preparadas (Tabela 4).

Tabela 4. Dados experimentais da preparação das esferas de GEGCX.

Produto* Massa de

gelatina (g)

Massa de

GCX (g)

Relação GE/GCX

(m/m)

Amostra de

GCX

GEGCX1 1,26 0,13 10:1 GCX10:3

GEGCX2 1,26 0,13 10:1 GCX10:4

*A numeração corresponde à ordem de preparação das esferas.

As esferas de gelatina e goma do cajueiro sulfatada (GCS6) foram

preparadas seguindo a mesma metodologia descrita para as esferas GEGCX. Os